KR20170066085A - Hydraulic system and hydraulic control method for construction machine - Google Patents
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Abstract
건설기계의 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더, 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브, 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치, 상기 유압 재생 라인에 설치되며 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛, 및 상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.The hydraulic system of the construction machine selectively supplies the hydraulic fluid from the hydraulic pump to the boom head chamber and the boom rod chamber of the boom cylinder via the boom head hydraulic line and the boom rod hydraulic line A main control valve having a boom control spool, a regeneration device connected to the boom head chamber of the boom cylinder through a hydraulic regeneration line and regenerating energy of the boom cylinder, a regeneration device installed in the hydraulic regeneration line, A regeneration valve unit having a discharge control valve for controlling a flow rate of flowing hydraulic oil, and a regeneration valve unit connected to the main control valve and the regeneration valve unit for controlling their operation and discharging the operating oil through the regeneration unit in a boom- The boom is lowered at a first speed and in the boom down high speed mode, And by discharging the operating fluid through said main control valve and a control unit configured to control so as to lower the boom to the second speed greater than the first speed.
Description
본 발명은 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 건설기계의 붐을 승하강 시키는 붐 실린더를 제어하기 위한 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydraulic system and a hydraulic control method of a construction machine. And more particularly, to a hydraulic system and a hydraulic control method of a construction machine for controlling a boom cylinder for raising and lowering a boom of a construction machine.
굴삭기와 같은 건설기계는 프론트 작업 장치를 상하로 승하강 시키기 위하여 유압 실린더를 사용할 수 있다. 예를 들면, 엔진 동력을 사용하여 유압 펌프를 회전시켜, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 메인컨트롤밸브를 거쳐 붐 실린더로 유입되고 상기 붐 실린더의 스트로크가 발생하면서 붐을 상승시킬 수 있다. 한편, 붐을 하강 시에는, 상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 상기 붐 실린더로부터 작동유가 상기 메인컨트롤밸브를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다. 이러한 붐 하강 동작에 있어서, 상기 프론트 작업 장치가 가지는 위치 에너지를 유효하게 활용하지 못하고 버려지기 때문에, 이를 적절한 방법으로 회수하여 재활용하고자 하는 기술이 개발되고 있다.A construction machine such as an excavator can use a hydraulic cylinder to move the front work device up and down. For example, by using the engine power to rotate the hydraulic pump, the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump flows into the boom cylinder through the main control valve, and the boom can be raised while the stroke of the boom cylinder occurs. On the other hand, when the boom is lowered, the working oil can be discharged from the boom cylinder to the drain tank through the main control valve by the self weight of the front working device. In the boom lowering operation, since the potential energy of the front working apparatus is not utilized effectively, the technology for recovering and reusing the energy by a suitable method has been developed.
본 발명의 일 과제는 건설기계의 시간당 작업량을 증가시킬 수 있는 붐 에너지 재생 장치를 갖는 건설기계의 유압 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a hydraulic system of a construction machine having a boom energy recovery device capable of increasing the amount of work per hour of a construction machine.
본 발명의 다른 과제는 상술한 건설기계의 유압 시스템을 사용한 유압 제어 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a hydraulic control method using the hydraulic system of the above construction machine.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템은 건설기계의 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더, 유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브, 유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치, 상기 유압 재생 라인에 설치되며 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛, 및 상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.The hydraulic system of the construction machine according to the exemplary embodiments of the present invention includes a boom cylinder for operating a boom of a construction machine, hydraulic oil from a hydraulic pump to a boom head hydraulic line and a boom rod hydraulic line A main control valve having a boom control chamber and a boom control spool for selectively supplying the boom head chamber and the boom cylinder chamber of the boom cylinder through a hydraulic regeneration line to the boom head chamber of the boom cylinder, A regeneration valve unit provided in the hydraulic regeneration line and having a discharge control valve for controlling a flow rate of hydraulic fluid flowing through the hydraulic regeneration line and a regeneration valve unit connected to the regeneration valve unit and the main control valve, And in the boom-down low-speed mode, the operating oil is discharged through the regenerating device, And a control unit for lowering the boom at a first speed and discharging operating oil through the regenerator and the main control valve in a boom down high speed mode to lower the boom at a second speed higher than the first speed .
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 배출량 제어 밸브를 개폐시키기 위한 파일럿 신호압을 인가하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the control unit may include a control valve that applies a pilot signal pressure to open and close the emission control valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 밸브는 전자비례감압밸브일수 있다.In exemplary embodiments, the control valve may be an electronically proportional pressure reducing valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 배출량 제어 밸브의 전방의 상기 유압 재생 라인에 설치되는 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the regeneration valve unit may further include a check valve installed in the hydraulic regeneration line in front of the emission control valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 밸브 유닛은 상기 유압 재생 라인과 상기 붐 로드 챔버를 연결하는 연결 라인에 설치되어 상기 유압 재생 라인을 통해 배출되는 작동유의 일부를 상기 붐 실린더의 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the regeneration valve unit is provided in a connection line connecting the hydraulic regeneration line and the boom rod chamber, and a part of the hydraulic fluid discharged through the hydraulic regeneration line is connected to the boom rod chamber of the boom cylinder And may further include an on-off valve for selectively supplying the on-off valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 상기 붐을 조작하는 조작부와 상기 메인컨트롤밸브 사이에 구비되어 상기 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브로 전달되는 것을 차단하기 위한 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the hydraulic system of the construction machine may include a control unit for operating the boom and a control valve provided between the control unit and the main control valve, for bypassing control pressure from the control unit to the main control valve And may further include a valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 저속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하도록 제어할 수 있다.In the exemplary embodiments, the control unit may control to open the discharge control valve in the boom-down low-speed mode and to block control pressure from the operating portion from being transmitted to the boom control spool.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 배출량 제어 밸브를 개방하고 조작부로부터의 제어 압력이 상기 붐 제어 스풀로 전달되도록 제어할 수 있다.In the exemplary embodiments, the control unit may open the discharge control valve in the boom-down high speed mode and control the control pressure from the operating portion to be transmitted to the boom control spool.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 헤드 챔버로부터의 작동유는 상기 붐 헤드 유압라인과 상기 붐 제어 스풀을 거쳐 드레인 탱크로 배출될 수 있다.In the exemplary embodiments, the working fluid from the boom head chamber may be discharged to the drain tank via the boom head hydraulic line and the boom control spool.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 엔진의 구동축에 연결되며 상기 유압 펌프에 회전력을 제공할 수 있다.In exemplary embodiments, the playback apparatus includes a hydraulic motor connected to the hydraulic regeneration line, and the hydraulic motor is connected to a drive shaft of the engine and can provide a rotational force to the hydraulic pump.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 재생 라인에 연결된 어큘뮬레이터를 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the playback apparatus may further include an accumulator connected to the hydraulic regeneration line.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 상기 어큐뮬레이터에 연결된 상기 유압 재생 라인에 설치되어 작동유를 상기 어큐뮬레이터로 선택적으로 공급하기 위한 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the hydraulic system of the construction machine may further include an on-off valve installed on the hydraulic regeneration line connected to the accumulator for selectively supplying the hydraulic fluid to the accumulator.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법에 있어서, 건설기계의 붐 에너지를 회수하기 위한 재생모드 중에서 붐 다운 고속모드의 사용 여부를 결정한다. 상기 붐 다운 고속모드가 선택되지 않은 경우, 유압 재생 라인에 의해 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시킨다. 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키고 붐 헤드 유압라인에 의해 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 메인컨트롤밸브를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시킨다.In another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a hydraulic pressure of a construction machine, the method comprising the steps of: determining whether a boom-down high-speed mode is used in a regeneration mode for recovering boom energy of a construction machine; When the boom-down high speed mode is not selected, operating oil is discharged from the boom head chamber through a regeneration device connected to the boom head chamber of the boom cylinder by the hydraulic regeneration line to lower the boom at the first speed. When the boom-down high-speed mode is selected, the operating fluid is discharged from the boom head chamber through the regenerating apparatus and the operating fluid is discharged from the boom head chamber through the main control valve connected to the boom head chamber of the boom cylinder by the boom- The boom is lowered at a second speed higher than the first speed.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드의 사용 여부를 결정하는 것은 상기 재생모드 중에서 붐 다운 저속모드 및 상기 붐 다운 고속모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함하고, 상기 방법은, 상기 붐 다운 저속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력이 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달되는 것을 차단하는 것을 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, determining whether to use the boom-down high speed mode includes selecting either the boom-down low speed mode and the boom-down high speed mode among the playback modes, And when the down low speed mode is selected, blocking the control pressure from the operating portion for operating the boom from being transmitted to the boom control spool of the main control valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브로 전달하는 것을 차단하는 것은 상기 조작부와 상기 메인컨트롤밸브 사이에 구비된 바이패스 밸브를 차단하는 것을 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, blocking the transmission of the control pressure from the operating portion to the main control valve may include shutting off the bypass valve provided between the operating portion and the main control valve.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 붐을 조작하는 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the method may include delivering a control pressure from an operating portion that operates the boom to a boom control spool of the main control valve, when the boom down high speed mode is selected.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키는 것은 상기 유압 재생 라인에 설치된 배출량 제어 밸브를 개방시키는 것을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, draining hydraulic fluid from the boom head chamber through the regenerator may include opening a discharge control valve installed in the hydraulic regeneration line.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 상기 유압 회생 라인에 연결된 어큐뮬레이터 및 유압 모터를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the playback apparatus may include an accumulator and a hydraulic motor connected to the hydraulic regeneration line.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 붐 다운 고속모드에서 상기 어큐뮬레이터로 작동유가 공급되는 것을 차단하는 것을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the method may further comprise blocking supply of hydraulic fluid to the accumulator in the boom-down high speed mode.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 붐 다운 통상모드가 선택된 경우, 상기 유압 재생 라인을 차단하고 조작부로부터의 제어 압력을 상기 메인컨트롤밸브의 붐 제어 스풀로 전달하는 것을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the method may further include shutting off the hydraulic regeneration line and delivering a control pressure from the operating portion to the boom control spool of the main control valve, when the boom down normal mode is selected .
예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템 및 유압 제어 방법에 있어서, 붐 하강 시에 재생 장치를 통해 붐 에너지를 회수하여 연료 소비량을 감소시켜 연비를 개선할 수 있다. 또한, 붐 하강 속도를 빠르게 하여 단위 시간당 작업량을 증가시켜 생산성을 개선시킬 수 있다. 특히, 붐 상승 및 하강 작업이 반복되는 작업(예를 들면, 상차 작업)에서 생산성을 극대화시킬 수 있다.In a hydraulic system and a hydraulic control method of a construction machine according to exemplary embodiments, boom energy can be recovered through a regenerating device at the time of a boom down, thereby reducing fuel consumption and improving fuel economy. In addition, the boom descent speed can be increased to increase the work amount per unit time, thereby improving the productivity. Particularly, productivity can be maximized in a work in which boom rising and falling operations are repeated (for example, a car work).
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 3은 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다.
도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 6은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다.
도 7은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a side view of a construction machine according to exemplary embodiments;
2 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
3 is a hydraulic circuit diagram when the boom-down low-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig.
4 is a hydraulic circuit diagram showing a case where the boom-down high-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig.
5 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments.
Fig. 6 is a hydraulic circuit diagram when the boom-down low-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig. 5; Fig.
7 is a hydraulic circuit diagram showing a case where the boom-down high-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig. 5; Fig.
8 is a flowchart showing a method of controlling the hydraulic pressure of a construction machine according to exemplary embodiments.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계를 나타내는 측면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 3은 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다. 도 4는 도 2의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다.1 is a side view of a construction machine according to exemplary embodiments; 2 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments. 3 is a hydraulic circuit diagram when the boom-down low-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig. 4 is a hydraulic circuit diagram showing a case where the boom-down high-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 건설기계(10)는 하부 주행체(20), 하부 주행체(20) 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체(30), 및 상부 선회체(30)에 설치된 운전실(50)과 프론트 작업 장치(60)를 포함할 수 있다.1 to 4, the
하부 주행체(20)는 상부 선회체(30)를 지지하고, 엔진(100)에서 발생한 동력을 이용하여 굴삭기와 같은 건설기계(10)를 주행시킬 수 있다. 하부 주행체(20)는 무한궤도를 포함하는 무한궤도식 타입의 주행체일 수 있다. 이와 다르게, 하부 주행체(20)는 주행 휠들을 포함하는 휠 타입의 주행체일 수 있다. 상부 선회체(30)는 베이스로서의 상부 프레임(32)을 구비하고, 하부 주행체(20) 상에서 지면과 평행한 평면 상에서 회전하여 작업 방향을 설정할 수 있다. 운전실(50)은 상부 프레임(32)의 좌측 전방부에 설치되고, 프론트 작업 장치(60)는 상부 프레임(32)의 전방부에 장착될 수 있다. The
프론트 작업 장치(60)는 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)을 포함할 수 있다. 붐(70)과 상부 프레임(32) 사이에는 붐(70)의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더(72)가 설치될 수 있다. 붐(70)과 암(80) 사이에는 암(80)의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더(82)가 설치될 수 있다. 그리고, 암(80)과 버켓(90) 사이에는 버켓(90)의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더(92)가 설치될 수 있다. 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)가 신장 또는 수축함에 따라 붐(70), 암(80) 및 버켓(90)은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 프론트 작업장치(60)는 여러가지 작업을 수행할 수 있다. 이 때, 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버켓 실린더(92)는 유압 펌프(200, 202)로부터 공급되는 작동유에 의해 신장 또는 수축될 수 있다.The
한편, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 배출되는 붐 에너지를 재생하기 위한 에너지 재생 시스템이 구비될 수 있다. 복수 개의 밸브들을 갖는 재생 밸브 유닛(400)은 상기 에너지 재생 시스템의 일부를 구성할 수 있다.On the other hand, an energy recovery system for regenerating the boom energy discharged from the
이러한 에너지 재생 시스템은 후술하는 바와 같이, 붐(70) 하강 시에 붐 실린더(72)로부터 토출된 고압의 작동유를 어큐뮬레이터(500)에 축압하거나 유압 모터(510)를 회전시켜 엔진의 출력을 보조할 수 있다.As described later, this energy recovery system is configured to accumulate high-pressure hydraulic fluid discharged from the
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템은 엔진(100)에 연결된 적어도 하나의 유압 펌프(200, 202), 상기 프론트 작업 장치를 작동시키기 위한 적어도 하나의 엑추에이터(72, 82, 92), 상기 유압 펌프와 상기 엑추에이터 사이의 유로에 설치되어 상기 엑추에이터의 동작을 제어하는 메인컨트롤밸브(MCV)(300), 상기 프론트 작업 장치의 에너지를 재생하기 위한 재생 장치, 및 상기 프론트 작업 장치의 동작을 제어하기 위한 제어 유닛(600)을 포함할 수 있다.2, the hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments includes at least one
예시적인 실시예들에 있어서, 엔진(100)은 굴삭기와 같은 건설기계의 구동원으로서 디젤 엔진을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 유압펌프(200, 202)는 동력전달장치(Power take-off, PTO)를 통하여 엔진(100)에 연결될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 파일럿 펌프 및 추가적인 유압펌프들이 엔진(100)에 연결될 수 있다. 따라서, 엔진(100)으로부터의 동력은 유압펌프(200, 202) 및 상기 파일럿 펌프에 전달될 수 있다.In the exemplary embodiments, the
유압펌프(200, 202)는 유압라인(210)을 통하여 메인컨트롤밸브(300)에 연결될 수 있다. 메인컨트롤밸브(300)는 유압라인(210)을 통하여 유압펌프(200, 202)로부터 작동유를 공급받아 붐 실린더(72), 암 실린더(82), 버켓 실린더(92) 등과 같은 상기 엑추에이터로 공급할 수 있다.The
메인컨트롤밸브(300)는 고압유압라인(220)을 통하여 붐 실린더(72), 암 실린더(82) 및 버킷 실린더(92)를 포함하는 복수 개의 액추에이터들에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 상기 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더와 같은 액추에이터들 각각은 유압 펌프(200, 202)로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.The
예를 들면, 붐 제어 스풀(310)은 붐 헤드 유압라인(222) 및 붐 로드유압라인(224)을 통해 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 붐 제어 스풀(310)은 절환되어 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(72a) 및 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있다.For example, the
상기 엑추에이터를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인(212)을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 붐 다운 통상모드에서, 붐 하강 시에 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)를 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 또한, 붐 상승 시에 붐 로드 챔버(72b)로부터의 작동유는 붐 로드 유압라인(224)을 통해 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.The hydraulic oil for driving the actuator may be returned to the drain tank T through the return
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 유압 시스템은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결된 유압 재생 라인(230)에 설치되어 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어하기 위한 재생 밸브 유닛(400)을 포함할 수 있다. 상기 재생 밸브 유닛은 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않고, 에너지 재생 시스템에 적합한 다양한 밸브들을 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the hydraulic system of the construction machine includes a
유압 재생 라인(230)은 붐 헤드 챔버(72a)에 연결될 수 있다. 붐 로크 밸브(76)로부터의 유압 라인은 붐 헤드 유압라인(222)과 유압 재생 라인(230)으로부터 분기될 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)에 설치되며 유압 재생 라인(230)을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어할 수 있다. 체크 밸브(420)는 붐(70)을 홀딩(holding)하기 위하여 배출량 제어 밸브(410) 전방의 유압 재생 라인(230)에 설치되어 유압 재생 라인(230)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 개폐 밸브(240)는 유압 재생 라인(230)과 붐 로드 챔버(72b)를 연결하는 연결 라인(240)에 설치되어 유압 재생 라인(230)을 통해 배출되는 작동유의 일부를 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 선택적으로 공급할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 유닛(600)은 선택된 제어 모드에 따라 파일럿 신호압을 상기 재생 밸브 유닛에 출력하여 유압 재생 라인(230)을 통한 상기 재생 장치로의 작동유의 공급을 제어할 수 있다.In the exemplary embodiments, the
제어 유닛(600)은 제어 모드를 선택하기 위한 선택부, 상기 선택된 제어 모드에 따라 전기 신호를 인가하는 제어부, 및 상기 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제1 내지 제3 제어 밸브들을 포함할 수 있다.The
구체적으로, 상기 제1 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410)에 인가할 수 있다. 상기 제1 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제1 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 배출량 제어 밸브(410)의 좌측 포트에 공급되어 도 2의 도면상 우측 방향으로 절환시킴으로써, 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 배출량 제어 밸브(410)는 제어 스풀의 위치에 따라 유량이 통과될 개도 면적이 가변될 수 있다. 따라서, 배출량 제어 밸브(410)는 유압 재생 라인(230)의 개폐 동작 및 통과하는 유량을 제어할 수 있다.Specifically, the first control valve may apply the pilot signal pressure corresponding to the electric signal applied from the control unit to the
상기 제2 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 체크 밸브(420)에 인가할 수 있다. 상기 제2 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제2 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 체크 밸브(420)에 공급되어 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 체크 밸브(420)는 상기 파일럿 신호압에 의해 개방되는 파일럿 조작 체크 밸브(pilot-operated check valve)일 수 있다.The second control valve may apply the pilot signal pressure corresponding to the electric signal applied from the control unit to the
상기 제3 제어 밸브는 상기 제어부로부터 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 개폐 밸브(430)에 인가할 수 있다. 상기 제3 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제3 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 개폐 밸브(430)의 좌측 포트에 공급되어 도 2의 도면상 우측 방향으로 절환시킴으로써, 연결 라인(240)을 개방시킬 수 있다. 이에 따라, 붐 로드 챔버(72b)는 연결 라인(240)을 통해 유압 재생 라인(230)에 연결됨으로써, 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 헤드측과 로드측 사이의 면적 차이에 의한 부족 유량을 붐 실린더(72)의 붐 로드 챔버(72b)에 공급할 수 있다.The third control valve may apply a pilot signal pressure corresponding to the electric signal applied from the control unit to the on-off
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 재생 장치는 붐(70)이 하강할 때 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출된 고압의 작동유를 이용하여 에너지를 재생할 수 있다. 상기 재생 장치는 어큐뮬레이터(500) 및 유압 모터(510)를 포함할 수 있다. 유압 재생 라인(230)의 일단은 분기되어 어큐뮬레이터(500)와 유압 모터(510)에 각각 연결될 수 있다.In the exemplary embodiments, the regenerating apparatus can regenerate energy by using high-pressure hydraulic fluid discharged from the
어큐뮬레이터(500)는 붐 하강 시 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터 토출되는 고압의 작동유를 저장할 수 있다. 어큐뮬레이터(500)에 연결된 유압 재생 라인(230)에는 개폐 밸브(502)가 설치되어 어큐뮬레이터(500)로/로부터의 작동유의 공급/배출을 제어할 수 있다.The
구체적으로, 상기 제어 유닛은 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제4 제어 밸브를 포함하고, 상기 제4 제어 밸브는 상기 파일럿 신호압을 개폐 밸브(502)에 인가할 수 있다. 상기 제4 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제4 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 개폐 밸브(502)를 전환시켜 어큐뮬레이터(500)로/로부터의 작동유의 공급/배출을 차단할 수 있다.Specifically, the control unit includes a fourth control valve for outputting a pilot signal pressure corresponding to the applied electric signal, and the fourth control valve may apply the pilot signal pressure to the on / off
유압 모터(510)는 엔진(100)의 구동축에 연결되며 엔진 출력을 보조하여 상기 유압 펌프에 회전력을 제공할 수 있다. 유압 모터(510)는 일정한 기어비를 갖는 동력전달장치(PTO)를 통하여 엔진(100)의 구동축에 연결될 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 메인컨트롤밸브(300)는 유압식 컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 붐 제어 스풀(310)은 조작부(52)의 조작량에 비례하는 파일럿 압력에 의해 제어될 수 있다.In the exemplary embodiments, the
구체적으로, 작업자가 조작부(52)를 조작함에 따라, 조작량에 비례하도록 상기 파일럿 펌프로부터 토출되어 조작부(52)를 통과하는 파일럿 작동유가 제어 유로들을 통해 붐 제어 스풀(310)에 공급될 수 있다. 따라서, 상기 파일럿 작동유의 파일럿 압력에 비례하여 붐 제어 스풀(310)의 변위가 발생하므로 유압 펌프(200)로부터의 작동유는 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 붐 실린더(72)에 공급될 수 있다.Specifically, as the operator operates the operating
상기 제어 유닛은 조작부(52)와 메인컨트롤밸브(300) 사이의 상기 제어 유로들에 구비되어 조작부(52)로부터의 제어 압력(파일럿 압력)이 메인컨트롤밸브(300)로 전달되는 것을 차단하기 위한 바이패스 밸브(610)를 포함할 수 있다. 바이패스 밸브(610)는 개폐 밸브를 포함할 수 있다.The control unit is provided in the control flow paths between the operating
이 경우에 있어서, 상기 제어 유닛은 인가된 전기 신호에 상응하는 파일럿 신호압을 출력하기 위한 제5 제어 밸브를 포함하고, 상기 제5 제어 밸브는 파일럿 신호압을 바이패스 밸브(610)에 인가할 수 있다. 상기 제5 제어 밸브는 전자비례감압밸브(EPPRV)일 수 있다. 상기 제5 제어 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 바이패스 밸브(610)를 절환하여 상기 제어 유로들을 개폐하고, 이에 따라 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 선택적으로 차단할 수 있다. In this case, the control unit includes a fifth control valve for outputting a pilot signal pressure corresponding to the applied electric signal, and the fifth control valve applies a pilot signal pressure to the
상기 제어 유닛의 상기 선택부는 작업자의 선택 또는 제어 로직에 의해 결정된 제어 모드에 따른 선택 신호를 상기 제어부로 출력할 수 있다. 상기 선택부는 붐 다운 통상모드, 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드 중 어느 하나의 제어 모드를 선택하고 이에 따른 선택 신호를 상기 제어부로 출력할 수 있다.The selection unit of the control unit may output a selection signal according to a control mode determined by an operator's selection or control logic to the control unit. The selection unit may select one of the boom down normal mode, the boom down low speed mode, and the boom down high speed mode and output a selection signal corresponding to the selected control mode to the control unit.
예를 들면, 상기 선택부는 선택 스위치와 같은 유저 인터페이스를 통해 입력된 정보를 통해 제어 모드를 결정할 수 있다. 이와 다르게, 상기 선택부는 작업자의 조작 패턴 정보를 연산하여 제어 모드를 결정할 수 있는 제어 로직을 포함하여 상기 제어 모드를 자동으로 결정할 수 있다.For example, the selection unit may determine a control mode through information input through a user interface such as a selection switch. Alternatively, the selection unit may automatically determine the control mode by including control logic that can determine the control mode by calculating the operation pattern information of the operator.
도 3에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 저속모드고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 저속모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 바이패스 밸브(610)에 인가하여 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단시킬 수 있다.As shown in Fig. 3, when the control mode selected by the operator is a boom-down low-speed mode and the operator inputs a boom-down signal via the
따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 한편, 바이패스 밸브(610)에 의해 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)에 공급되지 않으므로 붐 제어 스풀(310)은 조작부(52)의 상기 붐 하강 신호에 의해 절환되지 않고, 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 이에 따라, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.Therefore, in the boom-down low-speed mode, the hydraulic fluid from the
도 4에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 고속모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 붐 다운 고속모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 바이패스 밸브(610)를 개방시켜, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 어큐뮬레이터(500)의 개폐 밸브(502)에 인가하여 어큐뮬레이터(500)로 작동유가 공급되는 것을 차단할 수 있다.4, when the control mode selected by the operator is the boom-down high-speed mode and the operator inputs the boom-down signal through the
따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.The operating fluid from the
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 클 수 있다. 따라서, 붐(70)은 상기 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 상기 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다. 따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐(70)의 단위 시간당 작업량을 증가시킬 수 있다.When the operating oil is discharged from the
상술한 바와 같이, 상기 건설기계의 유압 시스템에 있어서, 붐 하강 시에 상기 재생 장치를 통해 붐 에너지를 회수하여 연료 소비량을 감소시켜 연비를 개선할 수 있다. 또한, 붐 하강 속도를 빠르게 하여 단위 시간당 작업량을 증가시켜 생산성을 개선시킬 수 있다. 특히, 붐 상승 및 하강 작업이 반복되는 작업(예를 들면, 상차 작업)에서 생산성을 극대화시킬 수 있다.As described above, in the hydraulic system of the construction machine, the boom energy can be recovered through the regenerating apparatus when the boom is lowered, thereby reducing fuel consumption and improving fuel economy. In addition, the boom descent speed can be increased to increase the work amount per unit time, thereby improving the productivity. Particularly, productivity can be maximized in a work in which boom rising and falling operations are repeated (for example, a car work).
한편, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 통상모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 유압 재생 라인(230)을 폐쇄시켜 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되는 것을 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 바이패스 밸브(610)를 개방시켜, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다.On the other hand, when the control mode selected by the operator is the boom down normal mode and the operator inputs the boom down signal through the
따라서, 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급될 수 있다. 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 한편, 유압 재생 라인(230)은 폐쇄되어 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 상기 재생 장치에 공급되지 않게 된다.The operating fluid from the
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 6은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 저속모드가 선택된 경우의 유압 회로도이다. 도 7은 도 5의 유압 시스템에서 붐 다운 고속모드가 선택된 경우를 나타내는 유압 회로도이다. 상기 유압 시스템은 전자유압식 컨트롤밸브를 포함하는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 건설기계의 유압 시스템과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명을 생략한다.5 is a hydraulic circuit diagram illustrating a hydraulic system of a construction machine according to exemplary embodiments. Fig. 6 is a hydraulic circuit diagram when the boom-down low-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig. 5; Fig. 7 is a hydraulic circuit diagram showing a case where the boom-down high-speed mode is selected in the hydraulic system of Fig. 5; Fig. The hydraulic system is substantially the same as or similar to the hydraulic system of the construction machine described with reference to Figures 2 to 4, except that it includes an electrohydraulic control valve. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 예시적인 실시예들에 있어서, 메인컨트롤밸브(300)는 전자유압식 컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 붐 제어 스풀(310)은 외부의 압력지령 신호(제어전류 신호)에 비례하는 2차 압력(파일럿 압력)을 출력하는 전자비례감압밸브들(312)에 의해 제어될 수 있다.Referring to Figures 5-7, in the exemplary embodiments, the
구체적으로, 제어 유닛은 조작부(52)로부터 작업자의 조작량에 비례하는 전기 신호를 수신하고, 상기 전기 신호에 대응하도록 전자비례감압밸브들(312)로 상기 압력지령 신호(제어전류 신호)를 각각 출력할 수 있다. 전자비례감압밸브들(312)은 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 붐 제어 스풀(310)에 출력함으로써, 전기적 신호로 상기 붐 제어 스풀을 제어할 수 있다.Specifically, the control unit receives an electric signal proportional to the operation amount of the operator from the
한 쌍의 전자비례감압밸브들(312)이 붐 제어 스풀(310)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 상기 전자비례감압밸브는 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 붐 제어 스풀로 공급하고, 2차 압력에 비례하여 상기 붐 제어 스풀의 변위가 발생하게 된다. 이에 따라, 유압펌프(200)로부터의 작동유는 붐 제어 스풀(310)을 거쳐 붐 실린더(72)에 공급될 수 있다.A pair of electromagnetic proportional
상기 제어 유닛은 선택된 제어 모드에 따라 전기 신호로서의 압력지령 신호(예를 들면, 제어전류 신호)를 메인컨트롤밸브(300)의 전자비례감압밸브들(312)로 인가하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 조작부(52)로부터 입력되는 전기 신호에 상응하는 압력지령 신호를 메인컨트롤밸브(300)의 전자비례감압밸브들(312)로 선택적으로 인가할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 선택된 제어 모드에 따라 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하지 않음으로써, 조작부(52)로부터의 제어 압력(파일럿 압력)이 메인컨트롤밸브(300)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.The control unit may include a control unit for applying a pressure command signal (for example, a control current signal) as an electric signal to the electronic proportional
도 6에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 저속모드고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 선택된 제어 모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하지 않음으로써, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.As shown in Fig. 6, when the control mode selected by the operator is a boom-down low-speed mode operator and the boom-down signal is input via the operating
따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수하는 한편, 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)은 작동하지 않으므로 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 상기 붐 다운 저속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다.Therefore, in the boom-down low-speed mode, the operating oil from the
도 7에 도시된 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제어 모드가 붐 다운 고속모드이고 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 상기 제어 유닛은 상기 선택된 제어 모드에 따른 파일럿 신호압을 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)에 인가하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 상기 압력지령 신호를 전자비례감압밸브들(312)로 인가하여, 조작부(52)로부터의 파일럿 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 제어 유닛은 파일럿 신호압을 개폐 밸브(502)에 인가하여 어큐뮬레이터(500)로 작동유가 공급되는 것을 차단할 수 있다.7, when the control mode selected by the operator is the boom-down high-speed mode and the operator inputs the boom-down signal through the
따라서, 상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.The operating fluid from the
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드에서는 상기 재생 장치를 통해 배출되고 상기 붐 다운 고속모드에서는 상기 재생 장치와 상기 메인컨트롤밸브를 통해 배출된다. 따라서, 상기 붐 다운 저속모드에서보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 크다. 따라서, 붐(70)은 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다.When the operating oil is discharged from the
이하에서는, 도 2 및 도 5의 유압 시스템을 이용하여 건설기계의 유압 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a hydraulic control method of a construction machine using the hydraulic system of Figs. 2 and 5 will be described.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.8 is a flowchart showing a method of controlling the hydraulic pressure of a construction machine according to exemplary embodiments.
도 2, 도 5 및 도 8을 참조하면, 건설기계의 붐 에너지를 회수하기 위한 재생모드 중에서 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드 중 어느 하나를 선택한다(S100, S110).2, 5 and 8, one of the boom-down low-speed mode and the boom-down high-speed mode is selected among the regeneration modes for recovering boom energy of the construction machine (S100, S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자의 선택 또는 제어 로직에 의해 제어 모드를 결정할 수 있다. 상기 제어 모드는 붐 다운 통상모드, 붐 다운 저속모드 및 붐 다운 고속모드를 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the control mode may be determined by operator selection or control logic. The control mode may include a boom down normal mode, a boom down low speed mode, and a boom down high speed mode.
예를 들면, 선택 스위치와 같은 유저 인터페이스를 통해 작업자가 입력한 정보를 통해 제어 모드를 결정할 수 있다. 이와 다르게, 제어 유닛은 작업자의 조작 패턴 정보를 연산하여 상기 제어 모드를 결정할 수 있는 제어 로직을 포함하여 상기 제어 모드를 자동으로 결정할 수 있다.For example, the control mode can be determined through the information inputted by the operator through the user interface such as the selection switch. Alternatively, the control unit can automatically determine the control mode by including control logic that can calculate the operation pattern information of the operator and determine the control mode.
이어서, 상기 선택된 제어 모드에 따라 조작부(52)로부터의 제어 압력을 메인컨트롤밸브(300)로 선택적으로 전달하고 유압 재생 라인(230)을 선택적으로 개폐할 수 있다.Then, the control pressure from the
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 저속모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되는 것을 차단하고(S200), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다(S300). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)에 연결된 재생 장치로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S400)In the exemplary embodiments, when the boom down low speed mode is selected, when the operator inputs a boom down signal via the operating
상기 붐 다운 저속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수하는 한편, 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)은 작동하지 않으므로 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 따라 흐르지 않게 된다. 상기 붐 다운 저속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터를 통해 드레인 탱크로 배출될 수 있다.The operating fluid from the
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되고(S210), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 개방시킬 수 있다(S310). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)에 연결된 재생 장치 및 붐 헤드 유압라인(222)에 연결된 메인컨트롤밸브(300)로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S410).In the exemplary embodiments, when the boom down high speed mode is selected, when a worker inputs a boom down signal via the
상기 붐 다운 고속모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 유압 재생 라인(230)을 통해 상기 재생 장치로 공급되고 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급되어 붐의 위치 에너지를 회수할 수 있다. 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유는 상기 재생 장치의 유압 모터(510)를 통해 드레인 탱크로 배출되고 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.The operating fluid from the
상기 프론트 작업 장치의 자중에 의해 붐 실린더(72)로부터 작동유가 배출될 때, 상기 붐 다운 저속모드보다 상기 붐 다운 고속모드에서 작동유가 지나갈 수 있는 유로 면적이 더 크다. 따라서, 붐(70)은 붐 다운 저속모드에서 제1 속도(V1)로 하강하고, 붐 다운 고속모드에서 제1 속도(V1)보다 큰 제2 속도(V2)로 하강할 수 있다.When the operating oil is discharged from the
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 다운 통상모드가 선택된 경우, 작업자가 조작부(52)를 통해 붐 하강 신호를 입력하면, 조작부(52)로부터의 제어 압력이 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 전달되고(S220), 배출량 제어 밸브(410), 체크 밸브(420) 및 개폐 밸브(430)를 절환하여 유압 재생 라인(230)을 폐쇄시킬 수 있다(S320). 이어서, 붐 실린더(72)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)에 연결된 메인컨트롤밸브(300)로 공급되면서 붐(70)은 하강할 수 있다(S420).In the exemplary embodiments, when the boom down normal mode is selected, when a worker inputs a boom down signal via the
따라서, 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)의 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(222)을 통해 메인컨트롤밸브(300)의 붐 제어 스풀(310)로 공급될 수 있다. 상기 붐 다운 통상모드에서 붐 실린더(72)로부터 배출된 작동유는 메인컨트롤밸브(300)를 통해 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다. 한편, 유압 재생 라인(230)은 폐쇄되어 붐 헤드 챔버(72a)로부터의 작동유는 상기 재생 장치에 공급되지 않게 된다.The operating fluid from the
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.
10: 건설기계
20: 하부 주행체
30: 상부 선회체
32: 상부 프레임
40: 카운터 웨이트
50: 운전실
52: 조작부
60: 작업 장치
70: 붐
72: 붐 실린더
72a: 붐 헤드 챔버
72b: 붐 로드 챔버
76: 붐 로크(lock) 밸브
80: 암
82: 암 실린더
90: 버켓
92: 버켓 실린더
100: 엔진
200, 202: 유압 펌프
210: 유압라인
212: 리턴 유압라인
220: 고압유압라인
222: 붐 헤드 유압라인
224: 붐 로드 유압라인
230: 유압 재생 라인
300: 메인컨트롤밸브
310: 붐 제어 스풀
312: 전자비례감압밸브
400: 재생 밸브 유닛
410: 배출량 제어 밸브
420: 체크 밸브
430: 개폐 밸브
500: 어큐뮬레이터
502: 개폐 밸브
510: 유압 모터
600: 제어 유닛
610: 바이패스 밸브10: Construction machine 20: Lower traveling body
30: upper swivel body 32: upper frame
40: Counterweight 50: Cab
52: operating part 60: working device
70: Boom 72: Boom cylinder
72a:
76: boom lock valve 80: arm
82: female cylinder 90: bucket
92: bucket cylinder 100: engine
200, 202: Hydraulic pump 210: Hydraulic line
212: return hydraulic line 220: high pressure hydraulic line
222: Boom head hydraulic line 224: Boom rod hydraulic line
230: Hydraulic regeneration line 300: Main control valve
310: Boom control spool 312: Electronic proportional pressure reducing valve
400: regeneration valve unit 410: discharge control valve
420: check valve 430: opening / closing valve
500: accumulator 502: opening / closing valve
510: Hydraulic motor 600: Control unit
610: Bypass valve
Claims (20)
유압 펌프로부터의 작동유를 붐 헤드 유압라인과 붐 로드 유압라인을 통하여 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버와 붐 로드 챔버에 선택적으로 공급하는 붐 제어 스풀을 갖는 메인컨트롤밸브;
유압 재생 라인을 통해 상기 붐 실린더의 상기 붐 헤드 챔버에 연결되며, 상기 붐 실린더의 에너지를 회생하기 위한 재생 장치;
상기 유압 재생 라인에 설치되며, 상기 유압 재생 라인을 통해 흐르는 작동유의 유량을 제어하기 위한 배출량 제어 밸브를 갖는 재생 밸브 유닛; 및
상기 메인컨트롤밸브 및 상기 재생 밸브 유닛에 연결되어 이들의 동작을 제어하고, 붐 다운 저속모드에서 상기 재생 장치를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고, 붐 다운 고속모드에서 상기 재생 장치 및 상기 메인컨트롤밸브를 통해 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키도록 제어하는 제어 유닛을 포함하는 건설기계의 유압 시스템.A boom cylinder for operating a boom of a construction machine;
A main control valve having a boom control spool for selectively supplying hydraulic fluid from a hydraulic pump to a boom head chamber and a boom load chamber of the boom cylinder through a boom head hydraulic line and a boom rod hydraulic line;
A regenerating device connected to the boom head chamber of the boom cylinder through a hydraulic regeneration line, for regenerating the energy of the boom cylinder;
A regeneration valve unit installed in the hydraulic regeneration line and having a discharge control valve for controlling a flow rate of hydraulic fluid flowing through the hydraulic regeneration line; And
Wherein the control unit controls the operations of the main control valve and the regeneration valve unit so as to control the operation of the main control valve and the regeneration valve unit, to lower the boom at the first speed by discharging the operating oil through the regeneration unit in the boom- And a control unit for controlling the boom to be lowered to a second speed higher than the first speed by discharging the hydraulic fluid through the apparatus and the main control valve.
상기 붐 다운 고속모드가 선택되지 않은 경우, 유압 재생 라인에 의해 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 제1 속도로 하강시키고; 그리고
상기 붐 다운 고속모드가 선택된 경우, 상기 재생 장치를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시키고 붐 헤드 유압라인에 의해 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버에 연결된 메인컨트롤밸브를 통해 상기 붐 헤드 챔버로부터 작동유를 배출시켜 상기 붐을 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 하강시키는 것을 포함하는 건설기계의 유압 제어 방법.Determining whether to use the boom-down high speed mode among the playback modes for recovering the boom energy of the construction machine;
If the boom-down high speed mode is not selected, discharging the operating oil from the boom head chamber through a regenerator connected to the boom head chamber of the boom cylinder by a hydraulic regeneration line to lower the boom at a first speed; And
When the boom-down high-speed mode is selected, the operating fluid is discharged from the boom head chamber through the regenerating apparatus and the operating fluid is discharged from the boom head chamber through the main control valve connected to the boom head chamber of the boom cylinder by the boom- And lowering the boom to a second speed higher than the first speed by discharging the boom.
14. The method of claim 13, further comprising shutting off the hydraulic regeneration line and delivering a control pressure from an operating portion to a boom control spool of the main control valve when the boom down normal mode is selected.
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